[发明专利]穿层钻孔抽采式钻具及防喷孔随钻瓦斯抽采方法

说明书

本发明公开穿层钻孔抽采式钻具及防喷孔随钻瓦斯抽采方法，抽采式钻具包括多根抽采式钻杆、抽采式高低压转换阀、筛孔进气装置、开闭式钻头、抽采式水辫；抽采式钻杆由外管和内管组成，抽采式高低压转换阀由阀外管、阀内管和高低压转换组件组成，筛孔进气装置由凸筋形外管、凸筋形内管和进气筛孔板组成，不同名称的内管相互密封衔接共同构成钻具的瓦斯抽采通道，相同名称的内管与相同名称的外管之间的轴向空间为钻具的供流通道，钻具的外表与钻孔壁之间的空间为排渣通道，抽采式钻具在孔口配套安装有控喷式引流箱，本专利中防喷孔随钻瓦斯抽采方法针对前进式割缝及冲孔，退钻时需要下放护孔筛管。

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采钻进技术领域，具体涉及突出煤层穿层钻孔的钻进、割缝及冲孔技术领域，本发明针对突出煤层穿层钻孔在割缝、冲孔、退钻等作业过程中的喷孔瓦斯超限问题，提出穿层钻孔抽采式钻具及防喷孔随钻瓦斯抽采方法，一方面有助于防范穿层钻孔喷孔瓦斯超限事故，另一方面为退钻前下放护孔筛管提供支持。

背景技术

在突出煤层的底板岩巷内施工穿层钻孔，对突出煤层的待掘区域或待开采区域实施瓦斯抽采，实现消突和抽采达标，这是突出煤层瓦斯抽采与治理的主要措施。为了充分发挥穿层钻孔的抽采消突功效，普遍在穿层钻孔的煤孔段实施“割缝”或“冲孔”的水力化增透作业。现有技术现状是：所采用的钻杆普遍为刻槽钻杆、肋骨钻杆、三棱刻槽钻杆或三棱钻杆等，其中前三种钻杆的专利原始申请人为本申请人，即河南理工大学，专利号分别ZL200610111830.7，ZL200920088879.4， ZL200910064973.0，在这些钻杆与钻头之间，安装带有高压水射流喷嘴的高低压转换装置，钻杆的内孔为供流通道，对煤孔段钻孔实施割缝或冲孔，也有学者称之为水力割缝、水力造穴、水力掏槽、水力掏煤等。由于所用钻杆为单管结构，设置高低压转换装置之后，均失去了退钻时下放护孔筛管的功能。对于极松软煤层还可以不用高低压转换装置，直接在钻头部安装用于冲孔的水射流喷嘴，钻头一旦进入煤层就开始冲孔和钻进同步或间隔进行，同样由于所用钻杆均为单管结构，钻头部安装水射流喷嘴之后，也失去了退钻时下放护孔筛管的功能。

穿层钻孔割缝或冲孔时，采用高压水作为钻头降温、射流动力和排渣动力，排渣通道位于钻杆外壁与钻孔内壁之间，称之为外排渣通道。突出煤层穿层钻孔在煤孔段实施割缝或冲孔的力化增透的过程中会有产生大量的水煤渣和瓦斯气体，煤孔段常会发生孔内煤与瓦斯突出、煤炮等动力现象，煤渣的产出量极不均匀，煤渣的粒径也不均匀，煤渣本身并不具备流动性，需要利用水流作用和钻杆旋搅碎渣作用，使这些煤渣转变为可以流动的固液相水煤渣流体，从钻孔的外排渣通道排出孔外。由于煤孔段割缝或冲孔产出的煤渣量具有突发性和不均衡性，煤渣依靠自重作用和水流作用涌向空间狭小的岩孔段外排渣通道，水流作用和钻杆旋搅作用不能及时将这些煤渣转变为可流动的固液相水煤渣体，时常导致岩孔段外排渣通道的非通透性阻塞，即排渣通道截面之内水煤渣占据截面的100%，水煤渣下泄而瓦斯气体滞留在割缝或冲孔形成松散煤体内和洞穴内，瓦斯不断解吸会导致煤孔段松散煤体内和洞穴内的瓦斯气体压力远大于孔外的大气压，在水流作用和钻杆旋搅作用下，一旦岩孔段非通透性阻塞的外排渣通道被疏通，高压瓦斯气体和水煤渣将从孔口大量喷出，甚至形成持续性、长时间的喷孔，这种喷孔经常导致巷道瓦斯超限，穿层钻孔喷孔瓦斯超限事故，占突出矿井瓦斯超限事故总数的30%～80%，已成为突出矿井的重要安全隐患。